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root/radiance/ray/src/rt/raytrace.c
(Generate patch)

Comparing ray/src/rt/raytrace.c (file contents):
Revision 2.52 by greg, Tue Jun 21 15:06:50 2005 UTC vs.
Revision 2.86 by greg, Mon Feb 20 04:05:43 2023 UTC

# Line 14 | Line 14 | static const char RCSid[] = "$Id$";
14   #include  "otypes.h"
15   #include  "otspecial.h"
16   #include  "random.h"
17 + #include  "pmap.h"
18  
19   #define  MAXCSET        ((MAXSET+1)*2-1)        /* maximum check set size */
20  
21 < unsigned long  raynum = 0;              /* next unique ray number */
22 < unsigned long  nrays = 0;               /* number of calls to localhit */
21 > RNUMBER  raynum = 0;            /* next unique ray number */
22 > RNUMBER  nrays = 0;             /* number of calls to localhit */
23  
24   static RREAL  Lambfa[5] = {PI, PI, PI, 0.0, 0.0};
25   OBJREC  Lamb = {
26          OVOID, MAT_PLASTIC, "Lambertian",
27 <        {0, 5, NULL, Lambfa}, NULL,
27 >        {NULL, Lambfa, 0, 5}, NULL
28   };                                      /* a Lambertian surface */
29  
30   OBJREC  Aftplane;                       /* aft clipping plane object */
# Line 35 | Line 36 | static int checkhit(RAY  *r, CUBE  *cu, OBJECT  *cxs);
36   static void checkset(OBJECT  *os, OBJECT  *cs);
37  
38  
39 < extern int
39 > int
40   rayorigin(              /* start new ray from old one */
41          RAY  *r,
42          int  rt,
# Line 50 | Line 51 | rayorigin(             /* start new ray from old one */
51                  setcolor(r->rcoef, 1., 1., 1.);
52          } else {
53                  rw = intens(rc);
54 +                if (rw > 1.0)
55 +                        rw = 1.0;               /* avoid calculation growth */
56                  if (rc != r->rcoef)
57                          copycolor(r->rcoef, rc);
58          }
# Line 65 | Line 68 | rayorigin(             /* start new ray from old one */
68                  r->gecc = seccg;
69                  r->slights = NULL;
70          } else {                                /* spawned ray */
71 <                if (ro->rot >= FHUGE) {
71 >                if (ro->rot >= FHUGE*.99) {
72                          memset(r, 0, sizeof(RAY));
73                          return(-1);             /* illegal continuation */
74                  }
# Line 93 | Line 96 | rayorigin(             /* start new ray from old one */
96                                  colval(ro->cext,RED) : colval(ro->cext,GRN);
97                  if (colval(ro->cext,BLU) < re) re = colval(ro->cext,BLU);
98                  re *= ro->rot;
99 <                if (re > .1)
100 <                        r->rweight *= exp(-re);
99 >                if (re > 0.1) {
100 >                        if (re > 92.) {
101 >                                r->rweight = 0.0;
102 >                        } else {
103 >                                r->rweight *= exp(-re);
104 >                        }
105 >                }
106          }
107          rayclear(r);
108 +        if (r->rweight <= 0.0)                  /* check for expiration */
109 +                return(-1);
110          if (r->crtype & SHADOW)                 /* shadow commitment */
111                  return(0);
112 <        if (maxdepth <= 0 && rc != NULL) {      /* Russian roulette */
112 >                                                /* ambient in photon map? */
113 >        if (ro != NULL && ro->crtype & AMBIENT) {
114 >                if (causticPhotonMapping)
115 >                        return(-1);
116 >                if (photonMapping && rt != TRANS)
117 >                        return(-1);
118 >        }
119 >        if ((maxdepth <= 0) & (rc != NULL)) {   /* Russian roulette */
120                  if (minweight <= 0.0)
121                          error(USER, "zero ray weight in Russian roulette");
122 <                if (maxdepth < 0 && r->rlvl > -maxdepth)
122 >                if ((maxdepth < 0) & (r->rlvl > -maxdepth))
123                          return(-1);             /* upper reflection limit */
124                  if (r->rweight >= minweight)
125                          return(0);
126 <                if (frandom() < r->rweight/minweight)
126 >                if (frandom() > r->rweight/minweight)
127                          return(-1);
128                  rw = minweight/r->rweight;      /* promote survivor */
129                  scalecolor(r->rcoef, rw);
130                  r->rweight = minweight;
131                  return(0);
132          }
133 <        return(r->rlvl <= maxdepth && r->rweight >= minweight ? 0 : -1);
133 >        return((r->rweight >= minweight) & (r->rlvl <= abs(maxdepth)) ? 0 : -1);
134   }
135  
136  
137 < extern void
137 > void
138   rayclear(                       /* clear a ray for (re)evaluation */
139 <        register RAY  *r
139 >        RAY  *r
140   )
141   {
142          r->rno = raynum++;
# Line 128 | Line 145 | rayclear(                      /* clear a ray for (re)evaluation */
145          r->robj = OVOID;
146          r->ro = NULL;
147          r->rox = NULL;
148 <        r->rt = r->rot = FHUGE;
148 >        r->rxt = r->rmt = r->rot = FHUGE;
149 >        VCOPY(r->rop, r->rorg);
150 >        r->ron[0] = -r->rdir[0]; r->ron[1] = -r->rdir[1]; r->ron[2] = -r->rdir[2];
151 >        r->rod = 1.0;
152          r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
153 +        r->rflips = 0;
154          r->uv[0] = r->uv[1] = 0.0;
155          setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
156 +        setcolor(r->mcol, 0.0, 0.0, 0.0);
157          setcolor(r->rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
158   }
159  
160  
161 < extern void
161 > void
162   raytrace(                       /* trace a ray and compute its value */
163          RAY  *r
164   )
# Line 156 | Line 178 | raytrace(                      /* trace a ray and compute its value */
178   }
179  
180  
181 < extern void
181 > void
182   raycont(                        /* check for clipped object and continue */
183 <        register RAY  *r
183 >        RAY  *r
184   )
185   {
186          if ((r->clipset != NULL && inset(r->clipset, r->ro->omod)) ||
# Line 167 | Line 189 | raycont(                       /* check for clipped object and continue */
189   }
190  
191  
192 < extern void
192 > void
193   raytrans(                       /* transmit ray as is */
194 <        register RAY  *r
194 >        RAY  *r
195   )
196   {
197          RAY  tr;
198  
199 <        if (rayorigin(&tr, TRANS, r, NULL) == 0) {
200 <                VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
201 <                rayvalue(&tr);
202 <                copycolor(r->rcol, tr.rcol);
203 <                r->rt = r->rot + tr.rt;
199 >        rayorigin(&tr, TRANS, r, NULL);         /* always continue */
200 >        VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
201 >        rayvalue(&tr);
202 >        copycolor(r->mcol, tr.mcol);
203 >        copycolor(r->rcol, tr.rcol);
204 >        r->rmt = r->rot + tr.rmt;
205 >        r->rxt = r->rot + tr.rxt;
206 > }
207 >
208 >
209 > int
210 > raytirrad(                      /* irradiance hack */
211 >        OBJREC  *m,
212 >        RAY     *r
213 > )
214 > {
215 >        if (ofun[m->otype].flags & (T_M|T_X) && m->otype != MAT_CLIP) {
216 >                if (istransp(m->otype) || isBSDFproxy(m)) {
217 >                        raytrans(r);
218 >                        return(1);
219 >                }
220 >                if (!islight(m->otype)) {
221 >                        setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
222 >                        return((*ofun[Lamb.otype].funp)(&Lamb, r));
223 >                }
224          }
225 +        return(0);              /* not a qualifying surface */
226   }
227  
228  
229 < extern int
229 > int
230   rayshade(               /* shade ray r with material mod */
231 <        register RAY  *r,
231 >        RAY  *r,
232          int  mod
233   )
234   {
235 <        register OBJREC  *m;
235 >        int     tst_irrad = do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS));
236 >        OBJREC  *m;
237  
238 <        r->rt = r->rot;                 /* set effective ray length */
238 >        r->rxt = r->rot;                /* preset effective ray length */
239          for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
240                  m = objptr(mod);
241                  /****** unnecessary test since modifier() is always called
# Line 201 | Line 245 | rayshade(              /* shade ray r with material mod */
245                  }
246                  ******/
247                                          /* hack for irradiance calculation */
248 <                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS)) &&
249 <                                m->otype != MAT_CLIP &&
250 <                                (ofun[m->otype].flags & (T_M|T_X))) {
207 <                        if (irr_ignore(m->otype)) {
208 <                                raytrans(r);
209 <                                return(1);
210 <                        }
211 <                        if (!islight(m->otype))
212 <                                m = &Lamb;
213 <                }
248 >                if (tst_irrad && raytirrad(m, r))
249 >                        return(1);
250 >
251                  if ((*ofun[m->otype].funp)(m, r))
252                          return(1);      /* materials call raytexture() */
253          }
# Line 218 | Line 255 | rayshade(              /* shade ray r with material mod */
255   }
256  
257  
258 < extern void
258 > void
259   rayparticipate(                 /* compute ray medium participation */
260 <        register RAY  *r
260 >        RAY  *r
261   )
262   {
263          COLOR   ce, ca;
# Line 242 | Line 279 | rayparticipate(                        /* compute ray medium participation
279          multcolor(r->rcol, ce);                 /* path extinction */
280          if (r->crtype & SHADOW || intens(r->albedo) <= FTINY)
281                  return;                         /* no scattering */
282 <        setcolor(ca,
283 <                colval(r->albedo,RED)*colval(ambval,RED)*(1.-colval(ce,RED)),
284 <                colval(r->albedo,GRN)*colval(ambval,GRN)*(1.-colval(ce,GRN)),
285 <                colval(r->albedo,BLU)*colval(ambval,BLU)*(1.-colval(ce,BLU)));
286 <        addcolor(r->rcol, ca);                  /* ambient in scattering */
282 >        
283 >        /* PMAP: indirect inscattering accounted for by volume photons? */
284 >        if (!volumePhotonMapping) {
285 >                setcolor(ca,
286 >                        colval(r->albedo,RED)*colval(ambval,RED)*(1.-colval(ce,RED)),
287 >                        colval(r->albedo,GRN)*colval(ambval,GRN)*(1.-colval(ce,GRN)),
288 >                        colval(r->albedo,BLU)*colval(ambval,BLU)*(1.-colval(ce,BLU)));
289 >                addcolor(r->rcol, ca);                  /* ambient in scattering */
290 >        }
291 >        
292          srcscatter(r);                          /* source in scattering */
293   }
294  
295  
296 < extern void
296 > void
297   raytexture(                     /* get material modifiers */
298          RAY  *r,
299          OBJECT  mod
300   )
301   {
302 <        register OBJREC  *m;
302 >        OBJREC  *m;
303                                          /* execute textures and patterns */
304          for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
305                  m = objptr(mod);
# Line 276 | Line 318 | raytexture(                    /* get material modifiers */
318   }
319  
320  
321 < extern int
321 > int
322   raymixture(             /* mix modifiers */
323 <        register RAY  *r,
323 >        RAY  *r,
324          OBJECT  fore,
325          OBJECT  back,
326          double  coef
327   )
328   {
329          RAY  fr, br;
330 +        double  mfore, mback;
331          int  foremat, backmat;
332 <        register int  i;
332 >        int  i;
333                                          /* bound coefficient */
334          if (coef > 1.0)
335                  coef = 1.0;
# Line 296 | Line 339 | raymixture(            /* mix modifiers */
339          foremat = backmat = 0;
340                                          /* foreground */
341          fr = *r;
342 <        if (coef > FTINY)
342 >        if (coef > FTINY) {
343 >                fr.rweight *= coef;
344 >                scalecolor(fr.rcoef, coef);
345                  foremat = rayshade(&fr, fore);
346 +        }
347                                          /* background */
348          br = *r;
349 <        if (coef < 1.0-FTINY)
349 >        if (coef < 1.0-FTINY) {
350 >                br.rweight *= 1.0-coef;
351 >                scalecolor(br.rcoef, 1.0-coef);
352                  backmat = rayshade(&br, back);
353 +        }
354                                          /* check for transparency */
355          if (backmat ^ foremat) {
356                  if (backmat && coef > FTINY)
# Line 325 | Line 374 | raymixture(            /* mix modifiers */
374          scalecolor(br.rcol, 1.0-coef);
375          copycolor(r->rcol, fr.rcol);
376          addcolor(r->rcol, br.rcol);
377 <        r->rt = bright(fr.rcol) > bright(br.rcol) ? fr.rt : br.rt;
377 >        scalecolor(fr.mcol, coef);
378 >        scalecolor(br.mcol, 1.0-coef);
379 >        copycolor(r->mcol, fr.mcol);
380 >        addcolor(r->mcol, br.mcol);
381 >        mfore = bright(fr.mcol); mback = bright(br.mcol);
382 >        r->rmt = mfore > mback ? fr.rmt : br.rmt;
383 >        r->rxt = bright(fr.rcol)-mfore > bright(br.rcol)-mback ?
384 >                        fr.rxt : br.rxt;
385          return(1);
386   }
387  
388  
389 < extern double
389 > double
390   raydist(                /* compute (cumulative) ray distance */
391 <        register const RAY  *r,
392 <        register int  flags
391 >        const RAY  *r,
392 >        int  flags
393   )
394   {
395          double  sum = 0.0;
# Line 346 | Line 402 | raydist(               /* compute (cumulative) ray distance */
402   }
403  
404  
405 < extern void
405 > void
406   raycontrib(             /* compute (cumulative) ray contribution */
407 <        double  rc[3],
407 >        RREAL  rc[3],
408          const RAY  *r,
409          int  flags
410   )
411   {
412 <        double  eext[3];
357 <        int     i;
412 >        static int      warnedPM = 0;
413  
359 –        eext[0] = eext[1] = eext[2] = 0.;
414          rc[0] = rc[1] = rc[2] = 1.;
415  
416          while (r != NULL && r->crtype&flags) {
417 <                for (i = 3; i--; ) {
417 >                int     i = 3;
418 >                while (i--)
419                          rc[i] *= colval(r->rcoef,i);
420 <                        eext[i] += r->rot * colval(r->cext,i);
420 >                                        /* check for participating medium */
421 >                if (!warnedPM && (bright(r->cext) > FTINY) |
422 >                                (bright(r->albedo) > FTINY)) {
423 >                        error(WARNING,
424 >        "ray contribution calculation does not support participating media");
425 >                        warnedPM++;
426                  }
427                  r = r->parent;
428          }
369 –        for (i = 3; i--; )
370 –                rc[i] *= (eext[i] <= FTINY) ? 1. :
371 –                                (eext[i] > 300.) ? 0. : exp(-eext[i]);
429   }
430  
431  
432 < extern double
432 > double
433   raynormal(              /* compute perturbed normal for ray */
434          FVECT  norm,
435 <        register RAY  *r
435 >        RAY  *r
436   )
437   {
438          double  newdot;
439 <        register int  i;
439 >        int  i;
440  
441          /*      The perturbation is added to the surface normal to obtain
442           *  the new normal.  If the new normal would affect the surface
# Line 408 | Line 465 | raynormal(             /* compute perturbed normal for ray */
465   }
466  
467  
468 < extern void
468 > void
469   newrayxf(                       /* get new tranformation matrix for ray */
470          RAY  *r
471   )
# Line 417 | Line 474 | newrayxf(                      /* get new tranformation matrix for ray */
474                  struct xfn  *next;
475                  FULLXF  xf;
476          }  xfseed = { &xfseed }, *xflast = &xfseed;
477 <        register struct xfn  *xp;
478 <        register const RAY  *rp;
477 >        struct xfn  *xp;
478 >        const RAY  *rp;
479  
480          /*
481           * Search for transform in circular list that
# Line 429 | Line 486 | newrayxf(                      /* get new tranformation matrix for ray */
486                  if (rp->rox == &xp->xf) {               /* xp in use */
487                          xp = xp->next;                  /* move to next */
488                          if (xp == xflast) {             /* need new one */
489 <                                xp = (struct xfn *)malloc(sizeof(struct xfn));
489 >                                xp = (struct xfn *)bmalloc(sizeof(struct xfn));
490                                  if (xp == NULL)
491                                          error(SYSTEM,
492                                                  "out of memory in newrayxf");
# Line 446 | Line 503 | newrayxf(                      /* get new tranformation matrix for ray */
503   }
504  
505  
506 < extern void
506 > void
507   flipsurface(                    /* reverse surface orientation */
508 <        register RAY  *r
508 >        RAY  *r
509   )
510   {
511          r->rod = -r->rod;
# Line 458 | Line 515 | flipsurface(                   /* reverse surface orientation */
515          r->pert[0] = -r->pert[0];
516          r->pert[1] = -r->pert[1];
517          r->pert[2] = -r->pert[2];
518 +        r->rflips++;
519   }
520  
521  
522 < extern void
522 > int
523 > rayreject(              /* check if candidate hit is worse than current */
524 >        OBJREC *o,
525 >        RAY *r,
526 >        double t
527 > )
528 > {
529 >        OBJREC  *mnew, *mray;
530 >
531 >        if ((t <= FTINY) | (t > r->rot + FTINY))
532 >                return(1);
533 >        if (t < r->rot - FTINY)         /* is new hit significantly closer? */
534 >                return(0);
535 >                                        /* coincident point, so decide... */
536 >        if (o == r->ro)
537 >                return(1);              /* shouldn't happen */
538 >        if (r->ro == NULL)
539 >                return(0);              /* ditto */
540 >        mnew = findmaterial(o);
541 >        mray = findmaterial(r->ro);     /* check material transparencies */
542 >        if (mnew == NULL) {
543 >                if (mray != NULL)
544 >                        return(1);      /* new has no material */
545 >        } else if (mray == NULL) {
546 >                return(0);              /* old has no material(!) */
547 >        } else if (istransp(mnew->otype)) {
548 >                if (!istransp(mray->otype))
549 >                        return(1);      /* new is transparent */
550 >        } else if (istransp(mray->otype)) {
551 >                return(0);              /* old is transparent */
552 >        }
553 >                        /* weakest priority to later modifier definition */
554 >        return (r->ro->omod >= o->omod);
555 > }
556 >
557 > void
558   rayhit(                 /* standard ray hit test */
559          OBJECT  *oset,
560          RAY  *r
# Line 478 | Line 571 | rayhit(                        /* standard ray hit test */
571   }
572  
573  
574 < extern int
574 > int
575   localhit(               /* check for hit in the octree */
576 <        register RAY  *r,
577 <        register CUBE  *scene
576 >        RAY  *r,
577 >        CUBE  *scene
578   )
579   {
580          OBJECT  cxset[MAXCSET+1];       /* set of checked objects */
581          FVECT  curpos;                  /* current cube position */
582          int  sflags;                    /* sign flags */
583          double  t, dt;
584 <        register int  i;
584 >        int  i;
585  
586          nrays++;                        /* increment trace counter */
587          sflags = 0;
# Line 499 | Line 592 | localhit(              /* check for hit in the octree */
592                  else if (r->rdir[i] < -1e-7)
593                          sflags |= 0x10 << i;
594          }
595 <        if (sflags == 0)
596 <                error(CONSISTENCY, "zero ray direction in localhit");
595 >        if (!sflags) {
596 >                error(WARNING, "zero ray direction in localhit");
597 >                return(0);
598 >        }
599                                          /* start off assuming nothing hit */
600          if (r->rmax > FTINY) {          /* except aft plane if one */
601                  r->ro = &Aftplane;
602                  r->rot = r->rmax;
603 <                for (i = 0; i < 3; i++)
509 <                        r->rop[i] = r->rorg[i] + r->rot*r->rdir[i];
603 >                VSUM(r->rop, r->rorg, r->rdir, r->rot);
604          }
605                                          /* find global cube entrance point */
606          t = 0.0;
# Line 529 | Line 623 | localhit(              /* check for hit in the octree */
623                  if (t >= r->rot)        /* clipped already */
624                          return(0);
625                                          /* advance position */
626 <                for (i = 0; i < 3; i++)
533 <                        curpos[i] += r->rdir[i]*t;
626 >                VSUM(curpos, curpos, r->rdir, t);
627  
628                  if (!incube(scene, curpos))     /* non-intersecting ray */
629                          return(0);
# Line 546 | Line 639 | raymove(               /* check for hit as we move */
639          FVECT  pos,                     /* current position, modified herein */
640          OBJECT  *cxs,                   /* checked objects, modified by checkhit */
641          int  dirf,                      /* direction indicators to speed tests */
642 <        register RAY  *r,
643 <        register CUBE  *cu
642 >        RAY  *r,
643 >        CUBE  *cu
644   )
645   {
646          int  ax;
# Line 555 | Line 648 | raymove(               /* check for hit as we move */
648  
649          if (istree(cu->cutree)) {               /* recurse on subcubes */
650                  CUBE  cukid;
651 <                register int  br, sgn;
651 >                int  br, sgn;
652  
653                  cukid.cusize = cu->cusize * 0.5;        /* find subcube */
654                  VCOPY(cukid.cuorg, cu->cuorg);
# Line 621 | Line 714 | raymove(               /* check for hit as we move */
714                          ax = 2;
715                  }
716          }
717 <        pos[0] += r->rdir[0]*t;
625 <        pos[1] += r->rdir[1]*t;
626 <        pos[2] += r->rdir[2]*t;
717 >        VSUM(pos, pos, r->rdir, t);
718          return(ax);
719   }
720  
721  
722   static int
723   checkhit(               /* check for hit in full cube */
724 <        register RAY  *r,
724 >        RAY  *r,
725          CUBE  *cu,
726          OBJECT  *cxs
727   )
# Line 651 | Line 742 | checkhit(              /* check for hit in full cube */
742  
743   static void
744   checkset(               /* modify checked set and set to check */
745 <        register OBJECT  *os,                   /* os' = os - cs */
746 <        register OBJECT  *cs                    /* cs' = cs + os */
745 >        OBJECT  *os,                    /* os' = os - cs */
746 >        OBJECT  *cs                     /* cs' = cs + os */
747   )
748   {
749          OBJECT  cset[MAXCSET+MAXSET+1];
750 <        register int  i, j;
750 >        int  i, j;
751          int  k;
752                                          /* copy os in place, cset <- cs */
753          cset[0] = 0;

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